【手続補正書】
【提出日】平成18年11月6日(2006.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  非晶質合金薄帯鋳造装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  底部にノズルを有する溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設され前記ノズルを開閉するストッパーとを具備する溶湯供給部と、前記溶湯保持容器の雰囲気圧力の制御を行う圧力制御部と、前記ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備し、前記圧力制御部は、前記ストッパー開動作時にかかるストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を低減するものであることを特徴とする非晶質合金薄帯製造装置。
【請求項２】  圧力制御部は、ストッパー開動作時からノズルからの噴出開始にかけて、ストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を徐々に増加するものであることを特徴とする請求項１に記載の非晶質合金薄帯鋳造装置。
【請求項３】  前記ノズルの開口部が実質的に矩形、前記ストッパーの仕切部が実質的に円である請求項１または２に記載の非晶質合金薄帯鋳造装置。
【請求項４】  前記ストッパーの仕切部は、黒鉛リングで構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の非晶質合金薄帯鋳造装置。
【請求項５】  前記ストッパーの仕切部形状が、前記ノズルに向かって凸な椀状、対応するノズル保持部の形状が前記ストッパーが冠着する椀状である請求項１ないし４のいずれかに記載の非晶質合金薄帯鋳造装置。
【請求項６】  前記ノズル近傍にノズル加熱手段を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の非晶質合金薄帯鋳造装置。
【請求項７】  溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設されたノズルとを具備する溶湯供給部と、前記ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備する非晶質合金薄帯製造装置であって、前記ノズル近傍に電熱材料を挟み込むことによるノズル加熱手段を有することを特徴とする非晶質合金薄帯製造装置。
【請求項８】  前記ノズルの開口部が実質的に矩形で、前記矩形ノズル開口部にＵ字状に形成した電熱材料を挟み込むことによるノズル加熱手段を有することを特徴とする請求項７に記載の非晶質合金薄帯製造装置。
【請求項９】  溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設されたノズルと、ノズルへの溶湯の供給を制御するストッパとを具備する溶湯供給部と、ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備する非晶質合金薄帯製造装置であって、前記ストッパはノズルに向かって凸な椀状の仕切り部を具備し、該仕切部に対向するノズル側には椀状の冠着部を具備し、ストッパ仕切部の冠着部への着脱によりノズルへの溶湯の供給を制御するものであることを特徴とする非晶質合金薄帯製造装置。
【請求項１０】  前記仕切部および前記冠着部は、一方を構成する材料の硬さが、他方を構成する材料の方さより低いことを特徴とする請求項９に記載の非晶質合金薄帯製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質合金を薄帯状に鋳造する鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質合金薄帯は、回転する冷却ロール表面に成分調整された溶湯を噴出させ急冷をおこなう単ロール法等により製造されている。この単ロール法において、鋳造時の溶湯の制御方法としては、例えばノズルからの噴出量の制御はストッパーの昇降によるノズル開度の制御によって行なう例があった（例えば、特開昭５８−２９５５５号公報、特開昭６４−３４５５０号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非晶質合金薄帯の鋳造装置では、製造した非晶質合金薄帯の表面に筋状の疵（筋疵）ができる場合があった。本発明者がその原因について詳細に検討した。その結果、一因として、ストッパーの開動作に伴い、ストッパーとノズル間の空間に存在する気体を巻き込みんで、気体の急激な膨張を引き起し、初期の溶湯の異常噴出が発生していることにあることを突き止めた。また、ノズルでの溶湯の部分凝固が一因であることを突き止めた。また、ストッパ開動時に、ストッパとノズルの間隙から、湯漏れが発生していることを突き止めた。
【０００４】
ストッパ開動前の湯漏れ、およびストッパ開動時の溶湯の異常噴出は、ノズル先端に付着物を生成し、筋疵を発生させる。さらに、ノズル先端の温度が低いことは、出湯開始時の溶湯の異常噴出を生じさせる一因となる。異常噴出した溶湯が冷却ロール表面で固着すると、冷却ロールが１回転した時、固着した部分がノズル先端に衝突し、ノズルを破損する場合もある。
本発明の目的は、溶湯の異常噴出を防止し、性状に優れた非晶質合金薄帯を得ることができる非晶質合金薄帯鋳造装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者が、上述した異常噴出の発生状況を詳細に検討し、気体の巻き込みを抑制するには、溶湯の圧力を直接にストッパー間隙にかけないことが重要であることを確認し、その手段として、ストッパー開動作時にかかるストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を低減する必要があることを見いだし、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は、底部にノズルを有する溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設され前記ノズルを開閉するストッパーとを具備する溶湯供給部と、前記溶湯保持容器の雰囲気圧力の制御を行う圧力制御部と、前記ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備し、前記圧力制御部は、前記ストッパー開動作時にかかるストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を低減するものである非晶質合金薄帯製造装置である。
【０００７】
上記の圧力制御部は、ストッパー開動作時からノズル噴出開始にかけて、ストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を徐々に増加するものであることが好ましい。また、本発明は、特に前記ノズルの開口部が実質的に矩形、前記ストッパーの仕切部が実質的に円である非晶質合金薄帯を鋳造する場合に適している。また、ストッパーとして、ストッパーの仕切部は、黒鉛リングで構成されることが好ましく、前記ストッパーの仕切部形状は、前記ノズルに向かって凸な椀状、対応するノズル保持部の形状が前記ストッパーの仕切部が冠着する椀状であることが好ましい。また、本発明の鋳造装置においては、前記ノズル近傍にノズル加熱手段を有することが望ましい。
【０００８】
また、異常噴出の抑制を検討した結果、ノズル先端部の加熱が有効であることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設されたノズルとを具備する溶湯供給部と、前記ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備する非晶質合金薄帯製造装置であって、前記ノズル近傍に電熱材料を挟み込むことによるノズル加熱手段を有することを特徴とする。前記ノズルの開口部が実質的に矩形で、前記矩形ノズル開口部にＵ字状に形成した電熱材料を挟み込むことによるノズル加熱手段を有するものが好ましい。
【００１０】
また、湯漏れ、異常噴出の抑制を検討した結果、ストッパ、およびそれに対向するノズルの形状を検討し、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明は、溶湯保持容器と、前記溶湯保持容器内に配設されたノズルと、ノズルへの溶湯の供給を制御するストッパとを具備する溶湯供給部と、ノズルから噴出した溶湯を抜熱して急冷凝固する冷却部とを具備する非晶質合金薄帯製造装置であって、前記ストッパはノズルに向かって凸な椀状の仕切り部を具備し、該仕切部に対向するノズル側には椀状の冠着部を具備し、ストッパ仕切部の冠着部への着脱によりノズルへの溶湯の供給を制御するものであることを特徴とする。前記仕切部および前記冠着部は、一方を構成する材料の硬さが、他方を構成する材料の方さより低いことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の特徴は、雰囲気圧力制御によりストッパー開動作時にかかるストッパーとノズル間隙への溶湯ヘッド圧を低減したことにある。例えば、雰囲気を溶湯のヘッド圧と釣り合う減圧雰囲気にしておくと、ストッパーの開動作によっても理論的には、溶湯は間隙に向かって流れない。それによって、ストッパー開動作により、溶湯に気体が巻き込まれて、急激に膨張して、異常噴出するのを防止できるのである。
【００１３】
本発明においては、雰囲気と溶湯ヘッド圧とを必ずしも釣り合わせておく必要はない。たとえば、溶湯ヘッド圧が直接かかる場合、すなわち、溶湯保持容器の雰囲気が解放されている場合に比べて、減圧雰囲気にしておけば、その効果は期待できる。なお、より好ましくは、ストッパ開動作において、溶湯の表面張力、溶湯が保持され、かつ外気を溶湯内にバブリングしない範囲に調整しておき、ストッパの開動作に併せて、徐々に圧力を高めて、溶湯を徐々にノズルに導くことが望ましい。なお、上述の減圧制御は、ストッパーによる遮断性が悪い場合の湯漏れ防止の効果もある。
【００１４】
また、別の本発明の特徴は、本発明の特徴は、ノズル加熱手段として、ノズル開口部形状に合わせて、電熱材料を挟み込む点である。その結果、ノズルでの溶湯の部分凝固を防止し、また出湯開始時の溶湯の異常噴出を防止することができる。
【００１５】
また、別の本発明の特徴は、ストッパに凸な椀状の仕切部を設け、対向するノズル側には椀状の冠着部を設けることである。これにより、ストッパ開動前は冠着部での摺り合わせが可能な形状となり遮断性能に優れる。これらによって、ストッパ開動前の湯漏れ、およびストッパ開動時の溶湯に巻き込まれた気体の急激な膨張による異常噴出を防止できる。
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の非晶質合金薄帯鋳造装置の主要部となる溶湯保持容器と、溶湯供給部の動作の一例を示す図であって、図２は、圧力制御部９を含めた全体構成図である。図１において、底部にノズル３を有する溶湯保持容器となるタンディシュ５と、タンディッシュ５内に配設されノズル３を開閉するストッパー本体とで溶湯供給部８が構成されている。以下、その動作を説明する。
【００１７】
タンディッシュ５に保持された溶湯６は、ストッパー本体１の仕切部２がノズル３の内面を座として接触していることで保持されている（図１ａ）。鋳造準備ができたら、ストッパー本体１を上昇させる。このとき、ストッパー本体１の仕切部１とノズル３の間に発生する空隙に、溶湯のヘッド圧が直接かからないように、タンディッシュ５の雰囲気を減圧に調整しておき、ストッパー本体１の上昇動作に併せて、タンデイッシュ５内の雰囲気圧力を上昇させて、ノズル３の開口部４に向かって、緩やかに溶湯が充填されるように制御する。（ｂ,ｃ）ノズル３の空隙が充填され、ノズルから噴出した溶湯が、抜熱して急冷凝固する冷却部である冷却ロール７に向かって、噴出される。(図１ｅ)
【００１８】
図２の全体構成図に示すように、溶湯供給部８の雰囲気は、圧力制御部９に連結されている。圧力制御部は、減圧動作を行う排気系１０と、加圧動作を行う加圧系１１で制御される。圧力センサ１２とストッパー本体１の位置信号とで、圧力制御弁１３を制御する。典型的な制御パターンとして、図２に溶湯のヘッド圧の制御用のタンディッシュ雰囲気圧力パターンと、ストッパー位置パターンとを図２内に併記している。このように、制御することで、溶湯は間隙に急速には向かって流れず、ストッパー開動作により、溶湯に気体が巻き込まれて、急激に膨張して、異常噴出するのを防止できる。なお、圧力制御部９により、鋳造中の噴出圧力の制御も可能である。
【００１９】
本発明において、構成要素の一つである、ストッパーは、鋳造までのタンディッシュの溶湯の保持のために重要である。例えば図１に示すように、本発明において、ストッパー本体１にはノズル３と当接する仕切部２を設けている。仕切部２は、ノズル３による溶湯の開閉動作を直接行う部分である。ストッパー１本体は、例えば、窒化珪素系、サイアロン等の耐熱材料等が適しており、仕切部２には、当接材よりも硬さの低い材料が適しており、黒鉛、ＢＮ、アルミナグラファイトなどが使用できる。摺り合わせによる遮断性能を確保するため、耐熱性と摺り合わせによる形状適合性のために、この中でもコストから黒鉛材が適している。特に図３に示すように、仕切部のみに椀状のリングとして設けることにより、摺り合わせ部の交換が容易になる。もちろん、本発明による黒鉛材等の使用はストッパー本体への装着に限定されるものではなく、ストッパー側でなく、ストッパーを受けるノズル側に設けても良い。なお、交換の容易性から、ストッパー側に設けるのが好ましいものである。また、黒鉛だけでは損耗が激しい場合は、ＢＮの塗布を併用するのが好ましい。
【００２０】
ノズル３は、所定の形状に溶湯を噴出する開口部４を有するものであり、開口部４は、薄帯形成用として矩形のスリットを適用することができる。また、ノズル７は、損耗するので、交換可能にしておくことが望ましい。ノズルは、例えば、窒化珪素系、サイアロン等の耐熱材料等が適している。ノズル３の開口部４が矩形で、摺り合わせ性に優れたリング状の円形であるストッパーの仕切部２を使用する場合、特に仕切部から開口部４までの距離が位置によって異なるため、開口部４へ部分的に溶湯が到達して、異常出湯を発生しやすくなる。そのため、特に矩形のスリット状の開口部を形成するノズルに対して、本発明は有効である。
【００２１】
また、図３に示すようにストッパーの仕切部２の形状が、前記ノズルに向かって凸な椀状、対応するノズルの形状が前記ストッパーが冠着する椀状とすることで、ストッパー開動作で開口部４に向かう溶湯の断面積が徐々に増加でき、溶湯への気体の巻き込みを防止するのに有効である。また、気体の巻き込みを防止するには、ストッパー開動作で急激な空間の解放を抑えるとともに、できるだけノズルに空隙を作らないことも有効である。そのため、図１に示すように、ノズル本体のノズル側先端をノズルの空隙を狭めるように、凸状にすることも有効である。
【００２２】
また、図４に好ましい形態として、ノズルを加熱する手段を具備する例を説明する。図４は、ノズル３の先端にＵ字状に成形した、電熱材料１４を挟み込み、これに、電源装置１５からの電力供給で加熱するものである。ノズル先端の冷却は、鋳造時の部分凝固などによる鋳造薄帯表面への筋状の傷の発生、異常出湯の防止に有効である。もちろん、電熱材料による加熱ではなく、直接ノズルを電熱材料で形成して電力を供給しても良いし、バーナー等の加熱手段でも良い。なお、図４に示すＵ字型の加熱手段は、矩形のノズル先端を有する場合に取り付けやすく有効である。なお、上述した本発明の一例を示す図は、あくまでも一例であり、様々な態様が適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、溶湯の異常噴出を防止でき、製造する非晶質合金薄帯に傷などの表面欠陥が無い非晶質合金薄帯を得ることができる。このような製造装置は、磁気特性のために極めて厳しい表面性状が要求される、磁性材料用非晶質合金薄帯あるいは非晶質合金を前駆体として製造される磁性材料用ナノ結晶材の製造にとって極めて有効な鋳造装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
溶湯供給部の動作の一例を説明する図である。
【図２】
本発明の全体図の一例を示す構成図である。
【図３】
本発明のストッパー本体と仕切部の一例を示す図である。
【図４】
本発明のノズル加熱手段の一例を示す図である。
【符号の説明】
１．ストッパー本体、２．仕切部、３．ノズル、４．開口部、５．タンディッシュ、６．溶湯、７．冷却ロール、８．溶湯供給部、９．圧力制御部、１０．排気系、１１．加圧系、１２．圧力センサ、１３．圧力制御弁、１４．電熱材料、１５．電源装置